JP2013138222A - Solid-state imaging device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、固体撮像素子に関するものである。 The present invention relates to a solid-state image sensor.
各画素毎に増幅機能を持たせ、走査回路により読み出す増幅型固体撮像装置すなわちCMOSイメージセンサが提案されている。CMOSイメージセンサでは、1画素内に、光電変換部と増幅部と画素選択部及びリセット部が形成され、フォトダイオードからなる光電変換部の他に3個のMOSトランジスタが用いられる(例えば、特許文献1)。すなわち、従来のCMOSイメージセンサは、4つの素子からなる。CMOSセンサは、フォトダイオードからなる光電変換部で生成された電荷を蓄積し、蓄積した電荷を増幅部にて増幅し、画素選択部を用いて増幅した電荷を読み出す。 An amplification type solid-state imaging device, that is, a CMOS image sensor that has an amplification function for each pixel and reads out by a scanning circuit has been proposed. In a CMOS image sensor, a photoelectric conversion unit, an amplification unit, a pixel selection unit, and a reset unit are formed in one pixel, and three MOS transistors are used in addition to the photoelectric conversion unit formed of a photodiode (for example, Patent Documents). 1). That is, the conventional CMOS image sensor is composed of four elements. The CMOS sensor accumulates electric charges generated by a photoelectric conversion unit made of a photodiode, amplifies the accumulated electric charges by an amplification unit, and reads the amplified electric charges using a pixel selection unit.
図1に、従来のCMOSイメージセンサの単位画素を示す。図1において、5は光電変換用フォトダイオード、101は増幅用トランジスタ、102はリセットトランジスタ、103は選択トランジスタ、13は信号線、11は画素選択クロックライン、12はリセットクロックライン、14は電源線、114はリセット用の電源線である。従来のCMOSイメージセンサの単位画素は、フォトダイオードの他に、3個のMOSトランジスタ、計4素子を平面に持つ。すなわち、1画素の表面積に対する、受光部(フォトダイオード)の表面積の割合を大きくすることは、困難であった。 FIG. 1 shows a unit pixel of a conventional CMOS image sensor. In FIG. 1, 5 is a photoelectric conversion photodiode, 101 is an amplifying transistor, 102 is a reset transistor, 103 is a selection transistor, 13 is a signal line, 11 is a pixel selection clock line, 12 is a reset clock line, and 14 is a power supply line. 114 are reset power lines. A unit pixel of a conventional CMOS image sensor has three MOS transistors, a total of four elements, in addition to a photodiode. That is, it is difficult to increase the ratio of the surface area of the light receiving portion (photodiode) to the surface area of one pixel.
0.35μm, 1ポリシリコン層, 2金属層CMOSプロセスを用いた、従来のCMOSイメージセンサにおいて、1画素の表面積に対する受光部(フォトダイオード)の割合は17%であると、報告されている(非特許文献1)。また、0.15μm wiring−ruleプロセスを用いたとき、1画素の表面積に対する、受光部(フォトダイオード)の表面積の割合は30%であると、報告されている(非特許文献2)。 In a conventional CMOS image sensor using a 0.35 μm, 1 polysilicon layer, 2 metal layer CMOS process, the ratio of the light receiving portion (photodiode) to the surface area of one pixel is reported to be 17% ( Non-patent document 1). Further, when the 0.15 μm wiring-rule process is used, the ratio of the surface area of the light receiving portion (photodiode) to the surface area of one pixel is reported to be 30% (Non-patent Document 2).
そこで、1画素の表面積に対する受光部の表面積の割合が大きいイメージセンサを提供することを課題とする。 Therefore, an object is to provide an image sensor in which the ratio of the surface area of the light receiving portion to the surface area of one pixel is large.
本発明の1態様では、
ゲートとソースが光電変換用フォトダイオードとして機能し、ゲートが電荷蓄積部として機能し、電荷蓄積部の電荷を増幅する接合トランジスタからなる増幅用トランジスタと、
増幅用トランジスタのゲートにソースが接続され、電荷蓄積部をリセットするMOSトランジスタからなるリセットトランジスタと、
増幅用トランジスタのドレインに陽極が接続され、リセットトランジスタのドレインに陰極が接続されたダイオードと、
増幅用トランジスタのソースに接続された画素選択線と、
ダイオードの陰極に接続された信号線と、
で構成された固体撮像素子が提供される。
In one aspect of the invention,
An amplifying transistor comprising a junction transistor in which a gate and a source function as a photoelectric conversion photodiode, a gate functions as a charge storage unit, and amplifies the charge in the charge storage unit;
A reset transistor composed of a MOS transistor having a source connected to the gate of the amplifying transistor and resetting the charge storage unit;
A diode having an anode connected to the drain of the amplifying transistor and a cathode connected to the drain of the reset transistor;
A pixel selection line connected to the source of the amplifying transistor;
A signal line connected to the cathode of the diode;
The solid-state image sensor comprised by this is provided.
本発明の別の態様は、固体撮像素子の駆動方法が提供される。
すなわち、前記画素選択線に第1の駆動電圧を印加し、前記信号線に第2の駆動電圧を印加し、前記ゲートに第3の駆動電圧を印加することにより、前記電荷蓄積部のリセットを行う。
また、前記画素選択線に前記第1の駆動電圧を印加し、前記ゲートに前記第1の駆動電圧を印加し、前記信号線に前記第1の駆動電圧を印加することにより、受光を行い前記電荷蓄積部に蓄積した電荷量を変化させる。
また、前記画素選択線に前記第2の駆動電圧、前記ゲートに前記第1の駆動電圧、前記信号線に前記第1の駆動電圧を印加することにより、前記電荷蓄積部に蓄積した電荷を増幅し、読み出し電流を流し、読み出しを行う。
Another aspect of the present invention provides a method for driving a solid-state imaging device.
That is, by applying a first drive voltage to the pixel selection line, applying a second drive voltage to the signal line, and applying a third drive voltage to the gate, the charge storage unit is reset. Do.
The first drive voltage is applied to the pixel selection line, the first drive voltage is applied to the gate, and the first drive voltage is applied to the signal line to receive light and The amount of charge accumulated in the charge accumulation unit is changed.
Further, by applying the second drive voltage to the pixel selection line, the first drive voltage to the gate, and the first drive voltage to the signal line, the charge accumulated in the charge accumulation unit is amplified. Then, a read current is supplied to perform reading.
また、本発明の好ましい態様では、
基板上に配列された固体撮像素子を備えた固体撮像装置であって、
前記固体撮像素子は、
基板上に形成された信号線と、
前記信号線の上に配置される島状半導体と、
前記島状半導体の上部に接続された画素選択線とを含んでおり、
前記島状半導体は、
前記島状半導体の下部に配置され、前記信号線に接続された第1の半導体層と、
前記第1の半導体層の上側に隣接する第2の半導体層と、
前記第2の半導体層に絶縁膜を介して接続されたゲートと、
前記第2の半導体層に接続された、受光すると電荷量が変化する第3の半導体層からなる前記電荷蓄積部と、
前記第2の半導体層と前記第3の半導体層の上側に隣接し、前記画素選択線に接続された第4の半導体層と、を備え、
前記固体撮像素子は、基板上にハニカム状に配列される固体撮像装置が提供される。
In a preferred embodiment of the present invention,
A solid-state imaging device including a solid-state imaging device arranged on a substrate,
The solid-state imaging device is
A signal line formed on the substrate;
An island-shaped semiconductor disposed on the signal line;
A pixel selection line connected to the upper part of the island-shaped semiconductor,
The island-shaped semiconductor is
A first semiconductor layer disposed under the island-shaped semiconductor and connected to the signal line;
A second semiconductor layer adjacent to the upper side of the first semiconductor layer;
A gate connected to the second semiconductor layer via an insulating film;
The charge accumulating unit comprising a third semiconductor layer connected to the second semiconductor layer, the charge amount of which changes upon receiving light;
A fourth semiconductor layer that is adjacent to the upper side of the second semiconductor layer and the third semiconductor layer and is connected to the pixel selection line,
The solid-state imaging device is provided with a solid-state imaging device arranged in a honeycomb shape on a substrate.
また、本発明の好ましい態様では、前記第1の半導体層はn+型拡散層であり、前記第2の半導体層はp型不純物添加領域であり、前記第3の半導体層はn型拡散層であり、前記第4の半導体層はp+型拡散層である。
前記p+型拡散層と、n型拡散層とは、光電変換用フォトダイオードとして機能し、
前記p+型拡散層と、n型拡散層と、p型不純物添加領域とは、増幅用トランジスタとして機能し、
前記第1の半導体層のn+型拡散層と、p型不純物添加領域と、n型拡散層とゲートとは、リセットトランジスタとして機能し、
前記p型不純物添加領域と、n+型拡散層とは、ダイオードとして機能する。
In a preferred aspect of the present invention, the first semiconductor layer is an n + -type diffusion layer, the second semiconductor layer is a p-type impurity doped region, and the third semiconductor layer is an n-type diffusion layer. The fourth semiconductor layer is a p + -type diffusion layer.
The p + -type diffusion layer and the n-type diffusion layer function as a photoelectric conversion photodiode,
The p + -type diffusion layer, the n-type diffusion layer, and the p-type impurity added region function as an amplifying transistor,
The n + -type diffusion layer, the p-type impurity doped region, the n-type diffusion layer and the gate of the first semiconductor layer function as a reset transistor,
The p-type impurity doped region and the n + -type diffusion layer function as a diode.
また、本発明の好ましい態様では、前記固体撮像素子において、前記島状半導体は円柱形状である。 In a preferred aspect of the present invention, in the solid-state imaging device, the island-shaped semiconductor has a cylindrical shape.
また、本発明の好ましい態様では、前記固体撮像素子において、前記島状半導体は六角柱形状である。 In a preferred aspect of the present invention, in the solid-state imaging device, the island-shaped semiconductor has a hexagonal column shape.
また、本発明の好ましい態様では、前記固体撮像装置において、前記固体撮像素子は、基板上にn行m列(n、mは1以上)として行列状に配列され、前記島状半導体は円柱形状である。 Further, in a preferred aspect of the present invention, in the solid-state imaging device, the solid-state imaging element is arranged in a matrix as n rows and m columns (n and m are 1 or more) on a substrate, and the island-shaped semiconductor is a cylindrical shape It is.
また、本発明の好ましい態様では、前記固体撮像装置において、前記固体撮像素子は、基板上にn行m列(n、mは1以上)として行列状に配列され、前記島状半導体は四角柱形状である。 Further, in a preferred aspect of the present invention, in the solid-state imaging device, the solid-state imaging elements are arranged in a matrix as n rows and m columns (n and m are 1 or more) on a substrate, and the island-shaped semiconductor is a square pillar Shape.
また、本発明の好ましい態様では、前記第1の半導体層はn+型拡散層であり、前記第2の半導体層はp型不純物添加領域であり、前記第3の半導体層はn型拡散層であり、前記第4の半導体層はp+型拡散層である。
前記p+型拡散層と、n型拡散層とは、光電変換用フォトダイオードとして機能し、
前記p+型拡散層と、n型拡散層と、p型不純物添加領域とは、増幅用トランジスタとして機能し、
前記第1の半導体層のn+型拡散層と、p型不純物添加領域と、n型拡散層とゲートとは、リセットトランジスタとして機能し、
前記p型不純物添加領域と、n+型拡散層とは、ダイオードとして機能する。
In a preferred aspect of the present invention, the first semiconductor layer is an n + -type diffusion layer, the second semiconductor layer is a p-type impurity doped region, and the third semiconductor layer is an n-type diffusion layer. The fourth semiconductor layer is a p + -type diffusion layer.
The p + -type diffusion layer and the n-type diffusion layer function as a photoelectric conversion photodiode,
The p + -type diffusion layer, the n-type diffusion layer, and the p-type impurity added region function as an amplifying transistor,
The n + -type diffusion layer, the p-type impurity doped region, the n-type diffusion layer and the gate of the first semiconductor layer function as a reset transistor,
The p-type impurity doped region and the n + -type diffusion layer function as a diode.
また、本発明の好ましい態様では、
固体撮像素子の製造方法であって、
基板上に信号線を形成する工程と、
前記信号線上の島状半導体を形成する工程と、
前記島状半導体下部の前記信号線に接続された第1の半導体層を形成する工程と、
前記第1の半導体層の上側に隣接する第2の半導体層を形成する工程と、
前記第1の半導体層上に隣接する第2の半導体層に絶縁膜を介して接続されたゲートを形成する工程と、
前記第2の半導体層に接続された第3の半導体層を形成する工程と、
前記第2の半導体層と前記第3の半導体層の上側に隣接する第4の半導体層を形成する工程と、
前記第4の半導体層に接続する画素選択線を形成する工程と、
を含むことを特徴とする前記固体撮像素子の製造方法が提供される。
In a preferred embodiment of the present invention,
A method of manufacturing a solid-state imaging device,
Forming a signal line on the substrate;
Forming an island semiconductor on the signal line;
Forming a first semiconductor layer connected to the signal line under the island-shaped semiconductor;
Forming a second semiconductor layer adjacent to the upper side of the first semiconductor layer;
Forming a gate connected to an adjacent second semiconductor layer on the first semiconductor layer via an insulating film;
Forming a third semiconductor layer connected to the second semiconductor layer;
Forming a fourth semiconductor layer adjacent to an upper side of the second semiconductor layer and the third semiconductor layer;
Forming a pixel selection line connected to the fourth semiconductor layer;
The method for manufacturing the solid-state imaging device is provided.
また、本発明の好ましい態様では、
固体撮像素子の製造方法であって、
酸化膜上に、p型シリコンを形成し、p型シリコン上に、窒化膜を堆積し、シリコン酸化膜堆積し、
レジストを形成し、酸化膜エッチングを行い、窒化膜エッチングを行い、レジストを剥離し、信号線を形成するための酸化膜マスクと窒化膜マスクを形成し、
p型シリコンをエッチングし、信号線を形成する工程と、
島状半導体を形成するためのレジストを形成し、
酸化膜、窒化膜をエッチングし、
レジストを剥離し、
p型シリコンをエッチングし、島状半導体を形成する工程と、
酸化膜を堆積し、平坦化し、エッチバックを行い、
酸化を行い酸化膜を形成し、
イオン注入時のマスクとするため、ポリシリコンを堆積し、エッチバックし、サイドウォール状に残す工程と、
酸化膜を剥離しリンを注入する場所を露出し、
イオン注入時のイオンチャネリング防止のため酸化膜を形成し、
リンをイオン注入し、熱工程を行い、信号線とn+型拡散層を形成する工程と、
ポリシリコン、酸化膜を剥離し、
酸化膜を堆積し、平坦化し、エッチバックし、酸化膜層を形成し、
ゲート酸化を行いゲート酸化膜を形成し、ポリシリコンを堆積し、平坦化を行い、エッチバックを行い、
ゲートのためのレジストを形成し、
ポリシリコンをエッチングし、ゲートを形成する工程と、
レジストを剥離し、
シリコン柱の側壁の薄い酸化膜を剥離し、イオン注入時のイオンチャネリング防止のため、シリコン柱側壁とゲートのポリシリコンを酸化し、酸化膜を形成し、
リンを注入し、n型拡散層を形成する工程と、
窒化膜を剥離し、
酸化膜を堆積し、平坦化し、エッチバックし、酸化膜層を形成し、
イオン注入時のイオンチャネリング防止のため酸化し、酸化膜を形成し、
ボロンを注入し、熱工程を行い、p+型拡散層を形成する工程と、
酸化膜を剥離し、
金属を堆積し、平坦化し、エッチバックし、
画素選択線のためのレジストを形成し、
金属をエッチングし、画素選択線を形成する工程と、
をさらに含むことを特徴とする前記固体撮像素子の製造方法が提供される。
In a preferred embodiment of the present invention,
A method of manufacturing a solid-state imaging device,
P-type silicon is formed on the oxide film, a nitride film is deposited on the p-type silicon, a silicon oxide film is deposited,
Forming a resist, performing oxide film etching, performing nitride film etching, stripping the resist, forming an oxide film mask and a nitride film mask for forming a signal line;
etching p-type silicon to form a signal line;
Forming a resist to form an island-shaped semiconductor;
Etch oxide film, nitride film,
Strip the resist,
etching p-type silicon to form an island-shaped semiconductor;
Deposit oxide film, planarize, etch back,
Oxidize to form an oxide film,
In order to make a mask at the time of ion implantation, a process of depositing polysilicon, etching back, and leaving it in a sidewall shape;
Exfoliate the oxide film and expose the area where phosphorus is implanted,
An oxide film is formed to prevent ion channeling during ion implantation.
Implanting phosphorus, performing a thermal process, and forming a signal line and an n + -type diffusion layer;
Strip polysilicon and oxide film,
Deposit oxide, planarize, etch back, form oxide layer,
Perform gate oxidation to form a gate oxide film, deposit polysilicon, planarize, etch back,
Forming a resist for the gate,
Etching polysilicon to form a gate;
Strip the resist,
The thin oxide film on the side wall of the silicon pillar is peeled off, and in order to prevent ion channeling during ion implantation, the silicon pillar side wall and gate polysilicon are oxidized to form an oxide film.
Injecting phosphorus to form an n-type diffusion layer;
Strip the nitride film,
Deposit oxide, planarize, etch back, form oxide layer,
Oxidize to prevent ion channeling during ion implantation, form an oxide film,
Injecting boron and performing a thermal process to form a p + -type diffusion layer;
Strip the oxide film,
Deposit metal, planarize, etch back,
Forming a resist for the pixel selection line;
Etching the metal to form pixel selection lines;
The method for manufacturing the solid-state imaging device is further provided.
また、本発明の好ましい態様では、前記第2の半導体層の一部は円柱形状であり、前記ゲートは、前記絶縁膜を介して、前記第2の半導体層の一部の外周を取り囲む。
前記第2の半導体層の他の一部は円柱形状であり、前記第3の半導体層は、前記第2の半導体層の前記他の一部の外周を取り囲む。
In a preferred aspect of the present invention, a part of the second semiconductor layer has a cylindrical shape, and the gate surrounds an outer periphery of a part of the second semiconductor layer through the insulating film.
The other part of the second semiconductor layer has a cylindrical shape, and the third semiconductor layer surrounds the outer periphery of the other part of the second semiconductor layer.
従来のCMOSイメージセンサの単位画素は、フォトダイオードの他に、3個のMOSトランジスタ、計4素子を平面に持つ。すなわち、1画素の表面積に対する、受光部(フォトダイオード)の表面積の割合を大きくすることは難しい。0.15μm wiring-ruleプロセスを用いたとき、1画素の表面積に対する、受光部(フォトダイオード)の表面積の割合は30%であると、報告されている。
本発明では、
ゲートとソースが光電変換用フォトダイオードとして機能し、ゲートが電荷蓄積部として機能し、電荷蓄積部の電荷を増幅する接合トランジスタからなる増幅用トランジスタと、
増幅用トランジスタのゲートにソースが接続され、電荷蓄積部をリセットするMOSトランジスタからなるリセットトランジスタと、
増幅用トランジスタのドレインに陽極が接続され、リセットトランジスタのドレインに陰極が接続されたダイオードと、
増幅用トランジスタのソースに接続された画素選択線と、
ダイオードの陰極に接続された信号線と、
で構成された固体撮像素子である。
すなわち、光電変換部と増幅部と画素選択部及びリセット部を、接合トランジスタからなる増幅用トランジスタと、MOSトランジスタからなるリセットトランジスタと、ダイオード、計3素子で構成するため、1画素中の素子数を減らすことができる。
A unit pixel of a conventional CMOS image sensor has three MOS transistors, a total of four elements, in addition to a photodiode. That is, it is difficult to increase the ratio of the surface area of the light receiving portion (photodiode) to the surface area of one pixel. When a 0.15 μm wiring-rule process is used, the ratio of the surface area of the light receiving portion (photodiode) to the surface area of one pixel is reported to be 30%.
In the present invention,
An amplifying transistor comprising a junction transistor in which a gate and a source function as a photoelectric conversion photodiode, a gate functions as a charge storage unit, and amplifies the charge in the charge storage unit;
A reset transistor composed of a MOS transistor having a source connected to the gate of the amplifying transistor and resetting the charge storage unit;
A diode having an anode connected to the drain of the amplifying transistor and a cathode connected to the drain of the reset transistor;
A pixel selection line connected to the source of the amplifying transistor;
A signal line connected to the cathode of the diode;
It is a solid-state image sensor comprised by these.
That is, since the photoelectric conversion unit, the amplification unit, the pixel selection unit, and the reset unit are configured by a total of three elements, that is, an amplifying transistor composed of a junction transistor, a reset transistor composed of a MOS transistor, and a diode, the number of elements in one pixel Can be reduced.
また、本発明では、
基板上に形成された信号線と、
前記信号線の上に配置される島状半導体と、
前記島状半導体の上部に接続された画素選択線とを含む固体撮像素子であって、
前記島状半導体は、
前記島状半導体の下部に配置され、前記信号線に接続された第1の半導体層と、
前記第1の半導体層の上側に隣接する第2の半導体層と、
前記第2の半導体層に絶縁膜を介して接続されたゲートと、
前記第2の半導体層に接続された、受光すると電荷量が変化する第3の半導体層からなる前記電荷蓄積部と、
前記第2の半導体層と前記第3の半導体層の上側に隣接し、前記画素選択線に接続された第4の半導体層とを備えた固体撮像素子が提供される。
前記第3の半導体層と前記第4の半導体層は、光電変換用フォトダイオードとして機能し、
前記第2の半導体層と前記第3の半導体層と前記第4の半導体層とは、増幅用トランジスタとして機能し、
前記第1の半導体層と前記第2の半導体層と前記第3の半導体層と前記ゲートとはリセットトランジスタとして機能する。
これにより、光電変換部と増幅部と画素選択部及びリセット部をフォトダイオードの面積で実現するため、1画素の表面積に対する受光部の表面積の割合が大きいイメージセンサを可能とする。
In the present invention,
A signal line formed on the substrate;
An island-shaped semiconductor disposed on the signal line;
A solid-state imaging device including a pixel selection line connected to an upper portion of the island-shaped semiconductor,
The island-shaped semiconductor is
A first semiconductor layer disposed under the island-shaped semiconductor and connected to the signal line;
A second semiconductor layer adjacent to the upper side of the first semiconductor layer;
A gate connected to the second semiconductor layer via an insulating film;
The charge accumulating unit comprising a third semiconductor layer connected to the second semiconductor layer, the charge amount of which changes upon receiving light;
There is provided a solid-state imaging device including the second semiconductor layer and a fourth semiconductor layer adjacent to the upper side of the third semiconductor layer and connected to the pixel selection line.
The third semiconductor layer and the fourth semiconductor layer function as a photoelectric conversion photodiode,
The second semiconductor layer, the third semiconductor layer, and the fourth semiconductor layer function as an amplifying transistor,
The first semiconductor layer, the second semiconductor layer, the third semiconductor layer, and the gate function as a reset transistor.
Accordingly, since the photoelectric conversion unit, the amplification unit, the pixel selection unit, and the reset unit are realized by the area of the photodiode, an image sensor in which the ratio of the surface area of the light receiving unit to the surface area of one pixel is made possible.
また、固体撮像装置において、前記固体撮像素子をハニカム状に配置することにより、1画素の表面積に対する受光部の表面積の割合が大きいイメージセンサを可能とする。 Further, in the solid-state imaging device, by arranging the solid-state imaging elements in a honeycomb shape, an image sensor in which the ratio of the surface area of the light receiving unit to the surface area of one pixel is made possible.
以下、図面に示す実施形態に基づいてこの発明を記述する。なお、この発明は、これによって限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described based on embodiments shown in the drawings. The present invention is not limited to this.
この発明に係る固体撮像素子の等価回路を図2に示す。この発明に係る固体撮像素子は、フォトダイオード401と電荷蓄積部402と増幅用トランジスタ403とゲート(リセット線)406とリセットトランジスタ405とダイオード409と画素選択線404と信号線407からなる。
すなわち、光電変換部と増幅部と画素選択部及びリセット部を、接合トランジスタからなる増幅用トランジスタと、MOSトランジスタからなるリセットトランジスタと、ダイオード、計3素子で構成するため、従来のCMOSイメージセンサより1画素中の素子数を減らすことができる。
An equivalent circuit of the solid-state imaging device according to the present invention is shown in FIG. The solid-state imaging device according to the present invention includes a
That is, the photoelectric conversion unit, the amplification unit, the pixel selection unit, and the reset unit are configured by a total of three elements, that is, an amplifying transistor composed of a junction transistor, a reset transistor composed of a MOS transistor, and a diode. The number of elements in one pixel can be reduced.
この発明に係る固体撮像素子の駆動方法を図3、図4、図5(a)、図5(b)に示す。
はじめに、画素選択線404に0Vを印加し、信号線407に信号線電圧VH例えば1Vを印加し、ゲート(リセット線)406にVH+Vthを印加することにより、電荷蓄積部402をVHとしリセットを行う(図3)。ただし、Vthはリセットトランジスタのしきい値電圧であり、例えば0.5Vである。
The solid-state imaging device driving method according to the present invention is shown in FIGS. 3, 4, 5A, and 5B.
First, 0V is applied to the
次に、画素選択線404に0V、ゲート(リセット線)406に0Vを印加し、信号線407に0Vを印加することにより、フォトダイオード401に入射した光信号を電荷に変換し、変換された信号電荷を電荷蓄積部402に蓄積する。すなわち、光が入射すると、電荷蓄積部402の電圧は低下する(図4)。
Next, 0 V is applied to the
次に、画素選択線404にVH例えば1V、ゲート(リセット線)406に0V、信号線407に0Vを印加することにより、電荷蓄積部402に蓄積した電荷が増幅され、読み出し電流Iread408が流れ、電流Iread408がダイオード409を流れ、読み出される。光が強い程、電荷蓄積部402の電圧は低下し、電流は流れる(図5(a))。また、フォトダイオードに光が入射しなかった場合、電荷蓄積部402の電圧は、VH例えば1Vであり、電流は流れない(図5(b))。
以上の駆動方法により、フォトダイオードからなる光電変換部で生成された電荷を蓄積し、蓄積した電荷を増幅部にて増幅し、画素選択部を用いて増幅した電荷を読み出すことができる。
Next, by applying V H, for example, 1 V to the
With the above driving method, it is possible to accumulate the charge generated by the photoelectric conversion unit made of a photodiode, amplify the accumulated charge by the amplification unit, and read the amplified charge using the pixel selection unit.
この発明に係る固体撮像素子1個の鳥瞰図を図6に示す。また、図7(a)は、図6のX1−X1’断面図であり、図7(b)は図7(a)の等価回路図であり、図8(a)は、図6のY1−Y1’断面図であり、図8(b)は図8(a)の等価回路図である。
本発明では、
シリコン基板160上に、酸化膜161が形成され、酸化膜161上に信号線154が形成され、
前記信号線の上に島状半導体が形成され、前記島状半導体は、
前記島状半導体下部の、前記信号線に接続されたn+型拡散層153と、
前記n+型拡散層の上側に隣接するp型不純物添加領域152と、
前記p型不純物添加領域に絶縁膜を介して接続されたゲート155と、
前記第p型不純物添加領域に接続された、受光すると電荷量が変化するn型拡散層からなる電荷蓄積部151と、
前記p型不純物添加領域と前記n型拡散層の上側に隣接するp+型拡散層150と、を備え、
前記島状半導体上部の前記p+型拡散層に接続する画素選択線156が形成される。
層間絶縁膜として、酸化膜157が形成される。
p+型拡散層150と、n型拡散層151とは、光電変換用フォトダイオード164として機能し、
p+型拡散層150と、n型拡散層151と、p型不純物添加領域152とは、増幅用トランジスタ165として機能し、
n+型拡散層153と、p型不純物添加領域152と、n型拡散層151とゲート155とは、リセットトランジスタ163として機能し、
p型不純物添加領域152と、n+型拡散層153とは、ダイオード162として機能する。
A bird's-eye view of one solid-state imaging device according to the present invention is shown in FIG. 7A is a sectional view taken along the line X 1 -X 1 ′ in FIG. 6, FIG. 7B is an equivalent circuit diagram of FIG. 7A, and FIG. a of Y 1 -Y 1 'sectional view, and FIG. 8 (b) is an equivalent circuit diagram of FIG. 8 (a).
In the present invention,
An
An island semiconductor is formed on the signal line, and the island semiconductor is
An n + -
A p-type impurity doped
A
A
A p + -
A
An
The p + -
The p + -
The n + -
The p-type impurity doped
また、上記固体撮像素子を、ハニカム状に配置した固体撮像素子行列(固体撮像装置)の平面図を図9に示す。また、図10は鳥瞰図である。図11は図10のZ1−Z1’断面図であり、図12は図10のZ2−Z2’断面図であり、図13は図10のZ3−Z3’断面図であり、図14は図10のZ4−Z4’断面図である。図15は図10のZ5−Z5’断面図である。
図10に示される例では、固体撮像素子行列(固体撮像装置)は、シリコン基板上に、
p+型拡散層201,202,203を有する固体撮像素子を所定間隔(垂直画素ピッチVP)で垂直方向に配列した第1の固体撮像素子列と、
p+型拡散層204,205,206を有する固体撮像素子を第1の固体撮像素子列と同じ間隔で垂直方向に配列し、且つ第1の固体撮像素子列に対して垂直方向に垂直画素ピッチVPに対して1/2ずらして配置された第2の固体撮像素子列と、
p+型拡散層207,208,209を有する固体撮像素子を第1の固体撮像素子列と同じ間隔で垂直方向に配列した第3の固体撮像素子列と、
で構成された素子列を水平方向に複数並べて構成されている。
FIG. 9 shows a plan view of a solid-state imaging element matrix (solid-state imaging device) in which the solid-state imaging elements are arranged in a honeycomb shape. FIG. 10 is a bird's-eye view. 11 is a sectional view taken along the line Z 1 -Z 1 ′ in FIG. 10, FIG. 12 is a sectional view taken along the line Z 2 -Z 2 ′ in FIG. 10, and FIG. 13 is a sectional view taken along the line Z 3 -Z 3 ′ in FIG. 14 is a sectional view taken along the line Z 4 -Z 4 ′ of FIG. 15 is a sectional view taken along the line Z 5 -Z 5 ′ of FIG.
In the example shown in FIG. 10, the solid-state imaging element matrix (solid-state imaging device) is on a silicon substrate.
a first solid-state imaging device array in which solid-state imaging devices having p + -type diffusion layers 201, 202, 203 are arranged in a vertical direction at a predetermined interval (vertical pixel pitch VP);
Solid-state image sensors having p + -type diffusion layers 204, 205, and 206 are arranged in the vertical direction at the same interval as the first solid-state image sensor array, and the vertical pixel pitch is perpendicular to the first solid-state image sensor array. A second solid-state image sensor array arranged with a ½ shift with respect to VP;
a third solid-state image sensor array in which solid-state image sensors having p + -type diffusion layers 207, 208, and 209 are arranged in the vertical direction at the same interval as the first solid-state image sensor array;
A plurality of element arrays configured in the above are arranged in the horizontal direction.
隣り合う第1の固体撮像素子列及び隣り合う第2の固体撮像素子列及び第3の固体撮像素子列は、垂直画素ピッチを√3/2倍した間隔(水平画素ピッチHP)で配置される。
即ち、固体撮像素子は、いわゆるハニカム状に配列されている。
The adjacent first solid-state image sensor array, the adjacent second solid-state image sensor array, and the third solid-state image sensor array are arranged at an interval (horizontal pixel pitch HP) obtained by multiplying the vertical pixel pitch by √3 / 2. .
That is, the solid-state imaging elements are arranged in a so-called honeycomb shape.
第1の固体撮像素子列のp+型拡散層201,202,203は、画素選択線210に接続される。
第2の固体撮像素子列のp+型拡散層204,205,206は、画素選択線211に接続される。
第3の固体撮像素子列のp+型拡散層207,208,209は、画素選択線212に接続される。
The p + -type diffusion layers 201, 202, and 203 of the first solid-state imaging element array are connected to the
The p + -type diffusion layers 204, 205, and 206 of the second solid-state imaging element array are connected to the
The p + -type diffusion layers 207, 208, and 209 of the third solid-state imaging element array are connected to the
第1の固体撮像素子列のp型不純物添加領域222,223,224は、絶縁膜を介してゲート231に接続される。
第2の固体撮像素子列のp型不純物添加領域225,226,227は、絶縁膜を介してゲート232に接続される。
第3の固体撮像素子列のp型不純物添加領域228,229,230は、絶縁膜を介してゲート233に接続される。
The p-type impurity doped
The p-type impurity doped
The p-type impurity doped
第1の固体撮像素子列のp型不純物添加領域222,223,224は、受光すると電荷量が変化するn型拡散層からなる電荷蓄積部213,214,215に接続される。
第2の固体撮像素子列のp型不純物添加領域225,226,227は、受光すると電荷量が変化するn型拡散層からなる電荷蓄積部216,217,218に接続される。
第3の固体撮像素子列のp型不純物添加領域228,229,230は、受光すると電荷量が変化するn型拡散層からなる電荷蓄積部219,220,221に接続される。
The p-type
The p-type
The p-type
p+型拡散層201,204,207を有する固体撮像素子のn+型拡散層234,237,240は、信号線243に接続される。
p+型拡散層202,205,208を有する固体撮像素子のn+型拡散層235,238,241は、信号線244に接続される。
p+型拡散層203,206,209を有する固体撮像素子のn+型拡散層236,239,242は、信号線245に接続される。
The n + type diffusion layers 234, 237, and 240 of the solid-state imaging device having the p + type diffusion layers 201, 204, and 207 are connected to the
The n + type diffusion layers 235, 238, and 241 of the solid-state imaging device having the p + type diffusion layers 202, 205, and 208 are connected to the
The n + type diffusion layers 236, 239, and 242 of the solid-state imaging device having the p + type diffusion layers 203, 206, and 209 are connected to the
また、図16は図9のX2−X2’断面図であり、図17は図9のY2−Y2’断面図である。 16 is a cross-sectional view taken along line X 2 -X 2 ′ in FIG. 9, and FIG. 17 is a cross-sectional view taken along line Y 2 -Y 2 ′ in FIG. 9.
シリコン基板250上に、酸化膜251が形成され、酸化膜251上に信号線245が形成され、
前記信号線の上に島状半導体が形成され、前記島状半導体は、
前記島状半導体下部の、前記信号線に接続されたn+型拡散層236と、
前記n+型拡散層の上側に隣接するp型不純物添加領域224と、
前記p型不純物添加領域に絶縁膜を介して接続されたゲート231と、
前記第p型不純物添加領域に接続された、受光すると電荷量が変化するn型拡散層からなる電荷蓄積部215と、
前記p型不純物添加領域と前記n型拡散層の上側に隣接するp+型拡散層203と、を備え、
前記島状半導体上部の前記p+型拡散層に接続する画素選択線210が形成され、
シリコン基板250上に、酸化膜251が形成され、酸化膜251上に信号線245が形成され、
前記信号線の上に島状半導体が形成され、前記島状半導体は、
前記島状半導体下部の、前記信号線に接続されたn+型拡散層242と、
前記n+型拡散層の上側に隣接するp型不純物添加領域230と、
前記p型不純物添加領域に絶縁膜を介して接続されたゲート233と、
前記第p型不純物添加領域に接続された、受光すると電荷量が変化するn型拡散層からなる電荷蓄積部221と、
前記p型不純物添加領域と前記n型拡散層の上側に隣接するp+型拡散層209と、を備え、
前記島状半導体上部の前記p+型拡散層に接続する画素選択線212が形成される。
画素選択線210,212の間には、画素選択線211が配線される。
ゲート231,233の間には、ゲート232が配線される。
層間絶縁膜として、酸化膜246が形成される。
An
An island semiconductor is formed on the signal line, and the island semiconductor is
An n + -
A p-type impurity doped
A
A
A p + -
A
An
An island semiconductor is formed on the signal line, and the island semiconductor is
An n + -
A p-type impurity doped
A
A
A p + -
A
A
A
An
また、シリコン基板250上に、酸化膜251が形成され、酸化膜251上に信号線245が形成され、
前記信号線の上に島状半導体が形成され、前記島状半導体は、
前記島状半導体下部の、前記信号線に接続されたn+型拡散層242と、
前記n+型拡散層の上側に隣接するp型不純物添加領域230と、
前記p型不純物添加領域に絶縁膜を介して接続されたゲート233と、
前記第p型不純物添加領域に接続された、受光すると電荷量が変化するn型拡散層からなる電荷蓄積部221と、
前記p型不純物添加領域と前記n型拡散層の上側に隣接するp+型拡散層209と、を備え、
前記島状半導体上部の前記p+型拡散層に接続する画素選択線212が形成される。
シリコン基板250上に、酸化膜251が形成され、酸化膜251上に信号線244が形成され、
前記信号線の上に島状半導体が形成され、前記島状半導体は、
前記島状半導体下部の、前記信号線に接続されたn+型拡散層241と、
前記n+型拡散層の上側に隣接するp型不純物添加領域229と、
前記p型不純物添加領域に絶縁膜を介して接続されたゲート233と、
前記第p型不純物添加領域に接続された、受光すると電荷量が変化するn型拡散層からなる電荷蓄積部220と、
前記p型不純物添加領域と前記n型拡散層の上側に隣接するp+型拡散層208と、を備え、
前記島状半導体上部の前記p+型拡散層に接続する画素選択線212が形成される。
シリコン基板250上に、酸化膜251が形成され、酸化膜251上に信号線243が形成され、
前記信号線の上に島状半導体が形成され、前記島状半導体は、
前記島状半導体下部の、前記信号線に接続されたn+型拡散層240と、
前記n+型拡散層の上側に隣接するp型不純物添加領域228と、
前記p型不純物添加領域に絶縁膜を介して接続されたゲート233と、
前記第p型不純物添加領域に接続された、受光すると電荷量が変化するn型拡散層からなる電荷蓄積部219と、
前記p型不純物添加領域と前記n型拡散層の上側に隣接するp+型拡散層207と、を備え、
前記島状半導体上部の前記p+型拡散層に接続する画素選択線212が形成される。
層間絶縁膜として、酸化膜246が形成される。
In addition, an
An island semiconductor is formed on the signal line, and the island semiconductor is
An n + -
A p-type impurity doped
A
A
A p + -
A
An
An island semiconductor is formed on the signal line, and the island semiconductor is
An n + -
A p-type impurity doped
A
A
A p + -
A
An
An island semiconductor is formed on the signal line, and the island semiconductor is
An n + -
A p-type impurity doped
A
A
A p + -
A
An
また、実施例では、島状半導体は円柱形状である固体撮像素子を用いたが、
図18に示すように、島状半導体820は六角柱形状である固体撮像素子でもよい。
In the example, the island-shaped semiconductor used a solid-state imaging device having a cylindrical shape.
As shown in FIG. 18, the island-shaped
また、実施例では、島状半導体が円柱形状である、隣り合う第1の固体撮像素子列及び隣り合う第2の固体撮像素子列及び第3の固体撮像素子列は、垂直画素ピッチを√3/2倍した間隔(水平画素ピッチHP)で配置され、即ち、固体撮像素子は、いわゆるハニカム状に配列されている構造の固体撮像素子列を示したが、
図19に示すように、島状半導体821、822、823、824、825、826、827、828、829が円柱形状である、前記固体撮像素子をn行m列(n、mは1以上)基板に対して配列した固体撮像素子行列(固体撮像装置)としてもよい。
Further, in the embodiment, the adjacent first solid-state image pickup element array, the adjacent second solid-state image pickup element array, and the third solid-state image pickup element array in which the island-shaped semiconductor has a cylindrical shape have a vertical pixel pitch of √3. / Although the solid-state image pickup device is arranged at a doubled interval (horizontal pixel pitch HP), that is, the solid-state image pickup device has a structure arranged in a so-called honeycomb shape,
As shown in FIG. 19, island-shaped
また、実施例では、島状半導体が円柱形状である、隣り合う第1の固体撮像素子列及び隣り合う第2の固体撮像素子列及び第3の固体撮像素子列は、垂直画素ピッチを√3/2倍した間隔(水平画素ピッチHP)で配置され、即ち、固体撮像素子は、いわゆるハニカム状に配列されている構造の固体撮像素子列を示したが、
図20に示すように、島状半導体830、831、832、833、834、835、836、837、838が四角柱形状である、前記固体撮像素子をn行m列(n、mは1以上)基板に対して配列した固体撮像素子行列(固体撮像装置)としてもよい。
このように、固体撮像素子の形状は、円柱、六角柱、又は四角柱であってもよい。さらには、固体撮像素子の形状は、辺の数が5以上の多角柱であってもよい。また、固体撮像素子の基板上での配列は、島状半導体層の柱形状に応じて、ハニカム状であってもよいし、行列状であってもよい。重要なのは、固体撮像素子を基板上に配列したときの密度がより高くなるように、固体撮像素子が有する柱形状に対応させて基板上に固体撮像素子を配列することである。、固体撮像素子が有する柱形状に対応させて基板上に固体撮像素子を配列することにより、固体撮像素子行列(固体撮像装置)の1画素の表面積に対する固体撮像素子の受光部の表面積の割合を高めることができる。
Further, in the embodiment, the adjacent first solid-state image pickup element array, the adjacent second solid-state image pickup element array, and the third solid-state image pickup element array in which the island-shaped semiconductor has a cylindrical shape have a vertical pixel pitch of √3. / Although the solid-state image pickup device is arranged at a doubled interval (horizontal pixel pitch HP), that is, the solid-state image pickup device has a structure arranged in a so-called honeycomb shape,
As shown in FIG. 20, the island-shaped
Thus, the shape of the solid-state imaging device may be a cylinder, a hexagonal column, or a quadrangular column. Furthermore, the shape of the solid-state imaging device may be a polygonal column having five or more sides. In addition, the arrangement of the solid-state imaging device on the substrate may be a honeycomb shape or a matrix shape depending on the column shape of the island-shaped semiconductor layer. What is important is that the solid-state imaging elements are arranged on the substrate in correspondence with the column shape of the solid-state imaging element so that the density when the solid-state imaging elements are arranged on the substrate is higher. The ratio of the surface area of the light receiving portion of the solid-state image sensor to the surface area of one pixel of the solid-state image sensor matrix (solid-state image pickup device) is obtained by arranging the solid-state image sensors on the substrate in correspondence with the column shape of the solid-state image sensor. Can be increased.
以下に、この発明に係る固体撮像素子の構造を形成するための製造工程の一例を図21〜図80を参照して説明する。 Hereinafter, an example of a manufacturing process for forming the structure of the solid-state imaging device according to the present invention will be described with reference to FIGS.
図21、23、25、27、29、31、33、35、37、39、41、43、45、47、49、51、53、55、57、59、61、63、65、67、69、71、73、75、77、79は、TOP Viewである。
図22(a)、24(a)、26(a)、28(a)、30(a)、32(a)、34(a)、36(a)、38(a)、40(a)、42(a)、44(a)、46(a)、48(a)、50(a)、52(a)、54(a)、56(a)、58(a)、60(a)、62(a)、64(a)、66(a)、68(a)、70(a)、72(a)、74(a)、76(a)、78(a)、80(a)は、TOP ViewのX3−X3’断面に対応する。
図22(b)、24(b)、26(b)、28(b)、30(b)、32(b)、34(b)、36(b)、38(b)、40(b)、42(b)、44(b)、46(b)、48(b)、50(b)、52(b)、54(b)、56(b)、58(b)、60(b)、62(b)、64(b)、66(b)、68(b)、70(b)、72(b)、74(b)、76(b)、78(b)、80(b)は、TOP ViewのY3−Y3’断面に対応する。
はじめに、シリコン基板250上に、酸化膜251が形成され、酸化膜251上に、p型シリコン501が形成され、p型シリコン501上に、窒化膜(SiN)502を堆積し、シリコン酸化膜503を堆積する(図21、22(a)、(b))。
21, 23, 25, 27, 29, 31, 33, 35, 37, 39, 41, 43, 45, 47, 49, 51, 53, 55, 57, 59, 61, 63, 65, 67, 69 , 71, 73, 75, 77, 79 are TOP Views.
22 (a), 24 (a), 26 (a), 28 (a), 30 (a), 32 (a), 34 (a), 36 (a), 38 (a), 40 (a) , 42 (a), 44 (a), 46 (a), 48 (a), 50 (a), 52 (a), 54 (a), 56 (a), 58 (a), 60 (a) 62 (a), 64 (a), 66 (a), 68 (a), 70 (a), 72 (a), 74 (a), 76 (a), 78 (a), 80 (a) Corresponds to the X 3 -X 3 ′ section of TOP View.
22 (b), 24 (b), 26 (b), 28 (b), 30 (b), 32 (b), 34 (b), 36 (b), 38 (b), 40 (b) 42 (b), 44 (b), 46 (b), 48 (b), 50 (b), 52 (b), 54 (b), 56 (b), 58 (b), 60 (b) 62 (b), 64 (b), 66 (b), 68 (b), 70 (b), 72 (b), 74 (b), 76 (b), 78 (b), 80 (b) Corresponds to the Y 3 -Y 3 ′ section of TOP View.
First, an
レジストを形成し、酸化膜エッチングを行い、窒化膜エッチングを行い、レジストを剥離し、窒化膜マスク580、581、582、酸化膜マスク504、505、506を形成する(図23、24(a)、(b))。 A resist is formed, oxide film etching is performed, nitride film etching is performed, and the resist is peeled off to form nitride film masks 580, 581 and 582, and oxide film masks 504, 505 and 506 (FIGS. 23 and 24A). (B)).
p型シリコンをエッチングし、信号線243、244、245を形成する(図25、26(a)、(b))。
The p-type silicon is etched to form
レジスト507、508、509、510、511、512、513、514、515を形成する(図27、28(a)、(b))。 Resist 507, 508, 509, 510, 511, 512, 513, 514, 515 is formed (FIGS. 27, 28 (a), (b)).
酸化膜、窒化膜をエッチングし、酸化膜マスク583、584、585、586、587、588、589、590、591、窒化膜マスク592、593、594、595、596、597、598、599、600を形成する(図29、30(a)、(b))。 Oxide films and nitride films are etched to form oxide film masks 583, 584, 585, 586, 587, 588, 589, 590, 591, nitride film masks 592, 593, 594, 595, 596, 597, 598, 599, 600. (FIGS. 29, 30 (a), (b)).
レジストを剥離する(図31、32(a)、(b))。 The resist is removed (FIGS. 31, 32 (a) and (b)).
p型シリコンをエッチングし、島状半導体516、517、518、519、520、521、522、523、524を形成する(図33、34(a)、(b))。
The p-type silicon is etched to form island-
酸化膜525を堆積し、平坦化し、エッチバックを行う(図35、36(a)、(b))。
An
酸化を行い、酸化膜526、527、528、529、530、531、532、533、534を形成する(図37、38(a)、(b))。
Oxidation is performed to form
イオンインプラ時のマスクとするため、ポリシリコンを堆積し、エッチバックし、サイドウォール535、536、537、538、539、540、541、542、543状に残す。(図39、40(a)、(b))。
In order to use as a mask for ion implantation, polysilicon is deposited, etched back, and left in the form of
酸化膜を剥離し、リンをインプラントする場所を露出する(図41、42(a)、(b))。 The oxide film is peeled off, and the place where phosphorus is implanted is exposed (FIGS. 41, 42 (a), (b)).
イオンインプラ時のイオンチャネリング防止のため酸化膜601、602、603を形成する(図43、44(a)、(b))。
リンをイオンインプラし、アニールを行い、信号線243、244、245とn+型拡散層234、235、236、237、238、239、240、241、242を形成する(図45、46(a)、(b))。
Phosphorus is ion-implanted and annealed to form
ポリシリコン、酸化膜を剥離する(図47、48(a)、(b))。 The polysilicon and the oxide film are peeled off (FIGS. 47, 48 (a) and (b)).
酸化膜を堆積し、平坦化し、エッチバックし、酸化膜層544を形成する(図49、50(a)、(b))。 An oxide film is deposited, planarized, and etched back to form an oxide film layer 544 (FIGS. 49, 50 (a), (b)).
ゲート酸化を行いゲート酸化膜545、546、547、548、549、550、551、552、553を形成し、ポリシリコン554を堆積し、平坦化を行い、エッチバックを行う(図51、52(a)、(b))。
Gate oxidation is performed to form
ゲート(リセット線)のためのレジスト555、556、557を形成する(図53、54(a)、(b))。 Resists 555, 556, and 557 for gates (reset lines) are formed (FIGS. 53, 54 (a) and (b)).
ポリシリコンをエッチングし、ゲート(リセット線)231、232、233を形成する(図55、56(a)、(b))。 The polysilicon is etched to form gates (reset lines) 231, 232, 233 (FIGS. 55, 56 (a), (b)).
レジストを剥離する(図57、58(a)、(b))。 The resist is removed (FIGS. 57, 58 (a) and (b)).
シリコン柱の側壁の薄い酸化膜を剥離し、その後、イオンインプラ時のイオンチャネリング防止のため、シリコン柱側壁とゲートのポリシリコンを酸化し、酸化膜604、605、606を形成する。(図59、60(a)、(b))。
The thin oxide film on the side wall of the silicon pillar is peeled off, and then the silicon pillar side wall and the polysilicon of the gate are oxidized to form
リンをインプラントし、n型拡散層213、214、215、216、217、218、219、220、221を形成する(図61、62(a)、(b))。 Phosphorus is implanted to form n-type diffusion layers 213, 214, 215, 216, 217, 218, 219, 220, and 221 (FIGS. 61, 62 (a) and (b)).
窒化膜を剥離する(図63、64(a)、(b))。 The nitride film is peeled off (FIGS. 63, 64 (a) and (b)).
酸化膜を堆積し、平坦化し、エッチバックし、酸化膜246を形成する(図65、66(a)、(b))。 An oxide film is deposited, planarized, and etched back to form an oxide film 246 (FIGS. 65, 66 (a) and (b)).
イオンインプラ時のイオンチャネリング防止のため酸化し、酸化膜559、560、561、562、563、564、565、566、567を形成する(図67、68(a)、(b))。
Oxidation is performed to prevent ion channeling during ion implantation to form
ボロンをインプラし、アニールし、p+型拡散層201、202、203、204、205、206、207、208、209を形成する(図69、70(a)、(b))。 Boron is implanted and annealed to form p + -type diffusion layers 201, 202, 203, 204, 205, 206, 207, 208, and 209 (FIGS. 69, 70 (a), (b)).
酸化膜を剥離する(図71、72(a)、(b))。 The oxide film is peeled off (FIGS. 71, 72 (a) and (b)).
金属568を堆積し、平坦化し、エッチバックする(図73、74(a)、(b))。
画素選択線のためのレジスト569、570、571を形成する(図75、76(a)、(b))。 Resist 569, 570 and 571 for pixel selection lines are formed (FIGS. 75, 76 (a) and (b)).
金属をエッチングし、画素選択線210,211,212を形成する(図77、78(a)、(b))。
The metal is etched to form
レジストを剥離し、表面保護膜572を形成する(図79、80(a)、(b))。 The resist is peeled off to form a surface protective film 572 (FIGS. 79, 80 (a), (b)).
また、実施例では、
p型不純物添加領域を、電荷蓄積部が取り囲み、
p型不純物添加領域を、絶縁膜を介してゲートが取り囲む構造の固体撮像素子を用いたが、
図81に示すように、絶縁膜を介してゲート655がp型不純物添加領域652の一部を、取り囲んでもよい。
図81は、この発明に係わる他の実施例を示す鳥瞰図であり、図82(a)は、図81のX4−X4’断面図であり、図82(b)は図82(a)の等価回路図であり、図83(a)は、図81のY4−Y4’断面図であり、図83(b)は図83(a)の等価回路図である。
シリコン基板660上に、酸化膜661が形成され、酸化膜661上に信号線654が形成され、
前記信号線の上に島状半導体が形成され、前記島状半導体は、
前記島状半導体下部の、前記信号線に接続されたn+型拡散層653と、
前記n+型拡散層の上側に隣接するp型不純物添加領域652と、
前記p型不純物添加領域に絶縁膜を介して接続されたゲート655と、
前記第p型不純物添加領域に接続された、受光すると電荷量が変化するn型拡散層からなる電荷蓄積部651と、
前記p型不純物添加領域と前記n型拡散層の上側に隣接するp+型拡散層650と、を備え、
前記島状半導体上部の前記p+型拡散層に接続する画素選択線656が形成される。
層間絶縁膜として、酸化膜657が形成される。
p+型拡散層650と、n型拡散層651とは、光電変換用フォトダイオード664として機能し、
p+型拡散層650と、n型拡散層651と、p型不純物添加領域652とは、増幅用トランジスタ665として機能し、
n+型拡散層653と、p型不純物添加領域652と、n型拡散層651とゲート655とは、リセットトランジスタ663として機能し、
p型不純物添加領域652と、n+型拡散層653とは、ダイオード662として機能する。
また、図84に示すように、電荷蓄積部751がp型不純物添加領域752の一部を取り囲み、
絶縁膜を介してゲート755がp型不純物添加領域752の一部を、取り囲んでもよい。
図84は、この発明に係わる他の実施例を示す鳥瞰図であり、図85(a)は、図84のX5−X5’断面図であり、図85(b)は図85(a)の等価回路図であり、図86(a)は、図84のY5−Y5’断面図であり、図86(b)は図86(a)の等価回路図である。
シリコン基板760上に、酸化膜761が形成され、酸化膜761上に信号線754が形成され、
前記信号線の上に島状半導体が形成され、前記島状半導体は、
前記島状半導体下部の、前記信号線に接続されたn+型拡散層753と、
前記n+型拡散層の上側に隣接するp型不純物添加領域752と、
前記p型不純物添加領域に絶縁膜を介して接続されたゲート755と、
前記第p型不純物添加領域に接続された、受光すると電荷量が変化するn型拡散層からなる電荷蓄積部751と、
前記p型不純物添加領域と前記n型拡散層の上側に隣接するp+型拡散層750と、を備え、
前記島状半導体上部の前記p+型拡散層に接続する画素選択線756が形成される。
層間絶縁膜として、酸化膜757が形成される。
p+型拡散層750と、n型拡散層751とは、光電変換用フォトダイオード764として機能し、
p+型拡散層750と、n型拡散層751と、p型不純物添加領域752とは、増幅用トランジスタ765として機能し、
n+型拡散層753と、p型不純物添加領域752と、n型拡散層751とゲート755とは、リセットトランジスタ763として機能し、
p型不純物添加領域752と、n+型拡散層753とは、ダイオード762として機能する。
In the example,
The charge storage portion surrounds the p-type impurity doped region,
Although a solid-state imaging device having a structure in which the gate surrounds the p-type impurity doped region via an insulating film,
As shown in FIG. 81, the
81 is a bird's-eye view showing another embodiment according to the present invention, FIG. 82 (a) is a cross-sectional view taken along line X 4 -X 4 ′ of FIG. 81, and FIG. 82 (b) is FIG. 82 (a). 83A is a sectional view taken along the line Y 4 -Y 4 ′ of FIG. 81, and FIG. 83B is an equivalent circuit diagram of FIG. 83A.
An
An island semiconductor is formed on the signal line, and the island semiconductor is
An n + -
A p-type impurity doped
A
A
A p + -
A
An
The p + -
The p + -
The n + -
The p-type impurity doped
As shown in FIG. 84, the
The
84 is a bird's-eye view showing another embodiment according to the present invention, FIG. 85 (a) is a cross-sectional view taken along line X 5 -X 5 ′ of FIG. 84, and FIG. 85 (b) is FIG. 86A is a cross-sectional view taken along the line Y 5 -Y 5 ′ of FIG. 84, and FIG. 86B is an equivalent circuit diagram of FIG. 86A.
An
An island semiconductor is formed on the signal line, and the island semiconductor is
An n + -
A p-type impurity doped
A
A
A p + -
A
An
The p + -
The p + -
The n + -
The p-type impurity doped
本発明では、
ゲートとソースが光電変換用フォトダイオードとして機能し、ゲートが電荷蓄積部として機能し、電荷蓄積部の電荷を増幅する接合トランジスタからなる増幅用トランジスタと、
増幅用トランジスタのゲートにソースが接続され、電荷蓄積部をリセットするMOSトランジスタからなるリセットトランジスタと、
増幅用トランジスタのドレインに陽極が接続され、リセットトランジスタのドレインに陰極が接続されたダイオードと、
増幅用トランジスタのソースに接続された画素選択線と、
ダイオードの陰極に接続された信号線と、
で構成された固体撮像素子である。
すなわち、光電変換部と増幅部と画素選択部及びリセット部を、接合トランジスタからなる増幅用トランジスタと、MOSトランジスタからなるリセットトランジスタと、ダイオード、計3素子で構成するため、1画素中の素子数を減らすことができる。
In the present invention,
An amplifying transistor comprising a junction transistor in which a gate and a source function as a photoelectric conversion photodiode, a gate functions as a charge storage unit, and amplifies the charge in the charge storage unit;
A reset transistor composed of a MOS transistor having a source connected to the gate of the amplifying transistor and resetting the charge storage unit;
A diode having an anode connected to the drain of the amplifying transistor and a cathode connected to the drain of the reset transistor;
A pixel selection line connected to the source of the amplifying transistor;
A signal line connected to the cathode of the diode;
It is a solid-state image sensor comprised by these.
That is, since the photoelectric conversion unit, the amplification unit, the pixel selection unit, and the reset unit are configured by a total of three elements, that is, an amplifying transistor composed of a junction transistor, a reset transistor composed of a MOS transistor, and a diode, the number of elements in one pixel Can be reduced.
また、本発明では、
基板上に形成された信号線と、
前記信号線の上に配置される島状半導体と、
前記島状半導体の上部に接続された画素選択線とを含んでいる固体撮像素子であって、
前記島状半導体は、
前記島状半導体の下部に配置され、前記信号線に接続された第1の半導体層と、
前記第1の半導体層の上側に隣接する第2の半導体層と、
前記第2の半導体層に絶縁膜を介して接続されたゲートと、
前記第2の半導体層に接続された、受光すると電荷量が変化する第3の半導体層からなる前記電荷蓄積部と、
前記第2の半導体層と前記第3の半導体層の上側に隣接し、前記画素選択線に接続された第4の半導体層とを備えた固体撮像素子が提供される。
前記第3の半導体層と前記第4の半導体層は、光電変換用フォトダイオードとして機能し、
前記第2の半導体層と前記第3の半導体層と前記第4の半導体層とは、増幅用トランジスタとして機能し、
前記第1の半導体層と前記第2の半導体層と前記第3の半導体層と前記ゲートとはリセットトランジスタとして機能する。
これにより、光電変換部と増幅部と画素選択部及びリセット部をフォトダイオードの面積で実現するため、1画素の表面積に対する受光部の表面積の割合が大きいイメージセンサを可能とする。
In the present invention,
A signal line formed on the substrate;
An island-shaped semiconductor disposed on the signal line;
A solid-state imaging device including a pixel selection line connected to an upper portion of the island-shaped semiconductor,
The island-shaped semiconductor is
A first semiconductor layer disposed under the island-shaped semiconductor and connected to the signal line;
A second semiconductor layer adjacent to the upper side of the first semiconductor layer;
A gate connected to the second semiconductor layer via an insulating film;
The charge accumulating unit comprising a third semiconductor layer connected to the second semiconductor layer, the charge amount of which changes upon receiving light;
There is provided a solid-state imaging device including the second semiconductor layer and a fourth semiconductor layer adjacent to the upper side of the third semiconductor layer and connected to the pixel selection line.
The third semiconductor layer and the fourth semiconductor layer function as a photoelectric conversion photodiode,
The second semiconductor layer, the third semiconductor layer, and the fourth semiconductor layer function as an amplifying transistor,
The first semiconductor layer, the second semiconductor layer, the third semiconductor layer, and the gate function as a reset transistor.
Accordingly, since the photoelectric conversion unit, the amplification unit, the pixel selection unit, and the reset unit are realized by the area of the photodiode, an image sensor in which the ratio of the surface area of the light receiving unit to the surface area of one pixel is made possible.
従来のCMOSイメージセンサの1画素の表面積に対する、受光部(フォトダイオード)の表面積の割合は30%であった。本発明のイメージセンサを行列状に配置したときの1画素の表面積に対する、受光部(フォトダイオード)の表面積の割合を見積もる。図87は円柱形状の島状半導体を持つ本発明のイメージセンサ901、902、903、904、905、906、907、908、909を行列状に配置した平面図であり、図88は一画素を拡大した平面図であり、受光部911と画素選択線910が示される。Fは、wiring ruleである。1画素当たりの表面積を2μm×2μmとし、0.15μm wiring ruleプロセスを用いた。受光部(フォトダイオード)の表面積は、3.14×0.85μm×0.85μmである。円柱形状の島状半導体を持つ本発明のイメージセンサを行列状に配置したときの1画素の表面積に対する、受光部(フォトダイオード)の表面積の割合は、56.7%となる。
図89は四角柱形状の島状半導体を持つ本発明のイメージセンサ912、913、914、915、916、917、918、919、920を行列状に配置した平面図であり、図90は一画素を拡大した平面図であり、受光部922と画素選択線921が示される。Fは、wiring ruleである。1画素当たりの表面積を2μm×2μmとし、0.15μm wiring ruleプロセスを用いた。受光部(フォトダイオード)の表面積は、1.7μm×1.7μmである。四角柱形状の島状半導体を持つ本発明のイメージセンサを行列状に配置したときの1画素の表面積に対する、受光部(フォトダイオード)の表面積の割合は、72.25%となる。すなわち、イメージセンサの単位画素をフォトダイオードの面積で実現するため、1画素の表面積に対する受光部の表面積の割合が大きいイメージセンサを可能とする。
The ratio of the surface area of the light receiving portion (photodiode) to the surface area of one pixel of the conventional CMOS image sensor was 30%. The ratio of the surface area of the light receiving portion (photodiode) to the surface area of one pixel when the image sensors of the present invention are arranged in a matrix is estimated. FIG. 87 is a plan view in which the
FIG. 89 is a plan view in which
また、固体撮像装置において固体撮像素子を基板上にハニカム状に配置することにより、1画素の表面積に対する受光部の表面積の割合が大きいイメージセンサを可能とする。 Further, in the solid-state imaging device, by arranging the solid-state imaging elements on the substrate in a honeycomb shape, an image sensor in which the ratio of the surface area of the light receiving unit to the surface area of one pixel is made possible.
本発明のイメージセンサをハニカム状に配置したときの1画素の表面積に対する、受光部(フォトダイオード)の表面積の割合を見積もる。図91は円柱形状の島状半導体を持つ本発明のイメージセンサ923、924、925、926、927、928、929、930、931をハニカム状に配置した平面図であり、図92は一画素を拡大した平面図であり、受光部933と画素選択線932が示される。Fは、wiring ruleである。フォトダイオードの半径を0.85μmとし、0.15μmwiring ruleプロセスを用いた。受光部(フォトダイオード)の表面積は、3.14×0.85μm×0.85μmである。1画素の表面積は、6×(1μm×2/√3μm)/2である。円柱形状の島状半導体を持つ本発明のイメージセンサを行列状に配置したときの1画素の表面積に対する、受光部(フォトダイオード)の表面積の割合は、65.5%となる。図93は六角柱形状の島状半導体を持つ本発明のイメージセンサ934、935、936、937、938、939、940、941、942をハニカム状に配置した平面図であり、図94は一画素を拡大した平面図であり、受光部944と画素選択線943が示される。Fは、wiring ruleである。1画素の表面積を6×(1μm×2/√3μm)/2とし、0.15μmwiring ruleプロセスを用いた。受光部(フォトダイオード)の表面積は、6×(0.85μm×2×0.85/√3μm)/2である。1画素の表面積は、6×(1μm×2/√3μm)/2である。六角柱形状の島状半導体を持つ本発明のイメージセンサを行列状に配置したときの1画素の表面積に対する、受光部(フォトダイオード)の表面積の割合は、72.25%となる。すなわちハニカム状に配置することにより、1画素の表面積に対する受光部の表面積の割合が大きいイメージセンサを可能とする。
The ratio of the surface area of the light receiving portion (photodiode) to the surface area of one pixel when the image sensor of the present invention is arranged in a honeycomb shape is estimated. FIG. 91 is a plan view in which the
5. 光電変換用フォトダイオード
11. 画素選択クロックライン
12. リセットクロックライン
13. 信号線
14. 電源線
101. 増幅用トランジスタ
102. リセットトランジスタ
103. 選択トランジスタ
114. リセット用の電源線
150. p+型拡散層
151. 電荷蓄積部
152. p型不純物添加領域
153. n+型拡散層
154. 信号線
155. ゲート
156. 画素選択線
157. 酸化膜
160. シリコン基板
161. 酸化膜
162. ダイオード
163. リセットトランジスタ
164. 光電変換用フォトダイオード
165. 増幅用トランジスタ
201. p+型拡散層
202. p+型拡散層
203. p+型拡散層
204. p+型拡散層
205. p+型拡散層
206. p+型拡散層
207. p+型拡散層
208. p+型拡散層
209. p+型拡散層
210. 画素選択線
211. 画素選択線
212. 画素選択線
213. 電荷蓄積部
214. 電荷蓄積部
215. 電荷蓄積部
216. 電荷蓄積部
217. 電荷蓄積部
218. 電荷蓄積部
219. 電荷蓄積部
220. 電荷蓄積部
221. 電荷蓄積部
222. p型不純物添加領域
223. p型不純物添加領域
224. p型不純物添加領域
225. p型不純物添加領域
226. p型不純物添加領域
227. p型不純物添加領域
228. p型不純物添加領域
229. p型不純物添加領域
230. p型不純物添加領域
231. ゲート
232. ゲート
233. ゲート
234. n+型拡散層
235. n+型拡散層
236. n+型拡散層
237. n+型拡散層
238. n+型拡散層
239. n+型拡散層
240. n+型拡散層
241. n+型拡散層
242. n+型拡散層
243. 信号線
244. 信号線
245. 信号線
246. 酸化膜
250. シリコン基板
251. 酸化膜
401. フォトダイオード
402. 電荷蓄積部
403. 増幅用トランジスタ
404. 画素選択線
405. リセットトランジスタ
406. ゲート(リセット線)
407. 信号線
408. 読み出し電流Iread
409. ダイオード
501. p型シリコン
502. 窒化膜(SiN)
503. シリコン酸化膜
504. マスク
505. マスク
506. マスク
507. レジスト
508. レジスト
509. レジスト
510. レジスト
511. レジスト
512. レジスト
513. レジスト
514. レジスト
515. レジスト
516. 島状半導体
517. 島状半導体
518. 島状半導体
519. 島状半導体
520. 島状半導体
521. 島状半導体
522. 島状半導体
523. 島状半導体
524. 島状半導体
525. 酸化膜
526. 酸化膜
527. 酸化膜
528. 酸化膜
529. 酸化膜
530. 酸化膜
531. 酸化膜
532. 酸化膜
533. 酸化膜
534. 酸化膜
535. サイドウォール
536. サイドウォール
537. サイドウォール
538. サイドウォール
539. サイドウォール
540. サイドウォール
541. サイドウォール
542. サイドウォール
543. サイドウォール
544. 酸化膜層
545. ゲート酸化膜
546. ゲート酸化膜
547. ゲート酸化膜
548. ゲート酸化膜
549. ゲート酸化膜
550. ゲート酸化膜
551. ゲート酸化膜
552. ゲート酸化膜
553. ゲート酸化膜
554. ポリシリコン
555. レジスト
556. レジスト
557. レジスト
559. 酸化膜
560. 酸化膜
561. 酸化膜
562. 酸化膜
563. 酸化膜
564. 酸化膜
565. 酸化膜
566. 酸化膜
567. 酸化膜
568. 金属
569. レジスト
570. レジスト
571. レジスト
572. 表面保護膜
580. 窒化膜マスク
581. 窒化膜マスク
582. 窒化膜マスク
583. 酸化膜マスク
584. 酸化膜マスク
585. 酸化膜マスク
586. 酸化膜マスク
587. 酸化膜マスク
588. 酸化膜マスク
589. 酸化膜マスク
590. 酸化膜マスク
591. 酸化膜マスク
592. 窒化膜マスク
593. 窒化膜マスク
594. 窒化膜マスク
595. 窒化膜マスク
596. 窒化膜マスク
597. 窒化膜マスク
598. 窒化膜マスク
599. 窒化膜マスク
600. 窒化膜マスク
601. 酸化膜
602. 酸化膜
603. 酸化膜
604. 酸化膜
605. 酸化膜
606. 酸化膜
650. p+型拡散層
651. 電荷蓄積部
652. p型不純物添加領域
653. n+型拡散層
654. 信号線
655. ゲート
656. 画素選択線
657. 酸化膜
660. シリコン基板
661. 酸化膜
662. ダイオード
663. リセットトランジスタ
664. 光電変換用フォトダイオード
665. 増幅用トランジスタ
750. p+型拡散層
751. 電荷蓄積部
752. p型不純物添加領域
753. n+型拡散層
754. 信号線
755. ゲート
756. 画素選択線
757. 酸化膜
760. シリコン基板
761. 酸化膜
762. ダイオード
763. リセットトランジスタ
764. 光電変換用フォトダイオード
765. 増幅用トランジスタ
820. 島状半導体
821. 島状半導体
822. 島状半導体
823. 島状半導体
824. 島状半導体
825. 島状半導体
826. 島状半導体
827. 島状半導体
828. 島状半導体
829. 島状半導体
830. 島状半導体
831. 島状半導体
832. 島状半導体
833. 島状半導体
834. 島状半導体
835. 島状半導体
836. 島状半導体
837. 島状半導体
838. 島状半導体
901. イメージセンサ
902. イメージセンサ
903. イメージセンサ
904. イメージセンサ
905. イメージセンサ
906. イメージセンサ
907. イメージセンサ
908. イメージセンサ
909. イメージセンサ
910. 画素選択線
911. 受光部
912. イメージセンサ
913. イメージセンサ
914. イメージセンサ
915. イメージセンサ
916. イメージセンサ
917. イメージセンサ
918. イメージセンサ
919. イメージセンサ
920. イメージセンサ
921. 画素選択線
922. 受光部
923. イメージセンサ
924. イメージセンサ
925. イメージセンサ
926. イメージセンサ
927. イメージセンサ
928. イメージセンサ
929. イメージセンサ
930. イメージセンサ
931. イメージセンサ
932. 画素選択線
933. 受光部
934. イメージセンサ
935. イメージセンサ
936. イメージセンサ
937. イメージセンサ
938. イメージセンサ
939. イメージセンサ
940. イメージセンサ
941. イメージセンサ
942. イメージセンサ
943. 画素選択線
944. 受光部
5.
407.
409.
503.
Claims (13)
前記固体撮像素子は、
基板上に形成された信号線と、
前記信号線の上に配置される島状半導体と、
前記島状半導体の上部に接続された画素選択線とを備え、
前記島状半導体は、
前記島状半導体の下部に配置され、前記信号線に接続された第1の半導体層と、
前記第1の半導体層の上側に隣接する第2の半導体層と、
前記第2の半導体層に絶縁膜を介して接続されたゲートと、
前記第2の半導体層に接続された、受光すると電荷量が変化する第3の半導体層からなる前記電荷蓄積部と、
前記第2の半導体層と前記第3の半導体層の上側に隣接し、前記画素選択線に接続された第4の半導体層と、を備え、
前記固体撮像素子を基板上にハニカム状に配列したことを特徴とする固体撮像装置。 A solid-state imaging device including a solid-state imaging device arranged on a substrate,
The solid-state imaging device is
A signal line formed on the substrate;
An island-shaped semiconductor disposed on the signal line;
A pixel selection line connected to the upper part of the island-shaped semiconductor,
The island-shaped semiconductor is
A first semiconductor layer disposed under the island-shaped semiconductor and connected to the signal line;
A second semiconductor layer adjacent to the upper side of the first semiconductor layer;
A gate connected to the second semiconductor layer via an insulating film;
The charge accumulating unit comprising a third semiconductor layer connected to the second semiconductor layer, the charge amount of which changes upon receiving light;
A fourth semiconductor layer that is adjacent to the upper side of the second semiconductor layer and the third semiconductor layer and is connected to the pixel selection line,
A solid-state imaging device, wherein the solid-state imaging elements are arranged in a honeycomb shape on a substrate.
前記p+型拡散層と、n型拡散層と、p型不純物添加領域とは、増幅用トランジスタとして機能し、
前記第1の半導体層のn+型拡散層と、p型不純物添加領域と、n型拡散層とゲートとは、リセットトランジスタとして機能し、
前記p型不純物添加領域と、n+型拡散層とは、ダイオードとして機能する請求項2に記載の固体撮像装置。 The p + -type diffusion layer and the n-type diffusion layer function as a photoelectric conversion photodiode,
The p + -type diffusion layer, the n-type diffusion layer, and the p-type impurity added region function as an amplifying transistor,
The n + -type diffusion layer, the p-type impurity doped region, the n-type diffusion layer and the gate of the first semiconductor layer function as a reset transistor,
The solid-state imaging device according to claim 2, wherein the p-type impurity added region and the n + -type diffusion layer function as a diode.
前記固体撮像素子は、
基板上に形成された信号線と、
前記信号線の上に配置される島状半導体と、
前記島状半導体の上部に接続された画素選択線とを含んでおり、
前記島状半導体は、
前記島状半導体の下部に配置され、前記信号線に接続された第1の半導体層と、
前記第1の半導体層の上側に隣接する第2の半導体層と、
前記第2の半導体層に絶縁膜を介して接続されたゲートと、
前記第2の半導体層に接続された、受光すると電荷量が変化する第3の半導体層からなる前記電荷蓄積部と、
前記第2の半導体層と前記第3の半導体層の上側に隣接し、前記画素選択線に接続された第4の半導体層とを備え、
前記固体撮像素子は、基板上にn行m列(n、mは1以上)として行列状に配列され、
前記島状半導体は円柱形状である固体撮像装置。 A solid-state imaging device including a solid-state imaging device arranged on a substrate,
The solid-state imaging device is
A signal line formed on the substrate;
An island-shaped semiconductor disposed on the signal line;
A pixel selection line connected to the upper part of the island-shaped semiconductor,
The island-shaped semiconductor is
A first semiconductor layer disposed under the island-shaped semiconductor and connected to the signal line;
A second semiconductor layer adjacent to the upper side of the first semiconductor layer;
A gate connected to the second semiconductor layer via an insulating film;
The charge accumulating unit comprising a third semiconductor layer connected to the second semiconductor layer, the charge amount of which changes upon receiving light;
A fourth semiconductor layer adjacent to the second semiconductor layer and above the third semiconductor layer and connected to the pixel selection line;
The solid-state imaging device is arranged in a matrix as n rows and m columns (n and m are 1 or more) on the substrate,
The island-shaped semiconductor is a solid-state imaging device having a cylindrical shape.
前記固体撮像素子は、
基板上に形成された信号線と、
前記信号線の上に配置される島状半導体と、
前記島状半導体の上部に接続された画素選択線とを含んでおり、
前記島状半導体は、
前記島状半導体の下部に配置され、前記信号線に接続された第1の半導体層と、
前記第1の半導体層の上側に隣接する第2の半導体層と、
前記第2の半導体層に絶縁膜を介して接続されたゲートと、
前記第2の半導体層に接続された、受光すると電荷量が変化する第3の半導体層からなる前記電荷蓄積部と、
前記第2の半導体層と前記第3の半導体層の上側に隣接し、前記画素選択線に接続された第4の半導体層とを備え、
前記固体撮像素子は、基板上にn行m列(n、mは1以上)として行列状に配列され、
前記島状半導体は四角柱形状である固体撮像装置。 A solid-state imaging device including a solid-state imaging device arranged on a substrate,
The solid-state imaging device is
A signal line formed on the substrate;
An island-shaped semiconductor disposed on the signal line;
A pixel selection line connected to the upper part of the island-shaped semiconductor,
The island-shaped semiconductor is
A first semiconductor layer disposed under the island-shaped semiconductor and connected to the signal line;
A second semiconductor layer adjacent to the upper side of the first semiconductor layer;
A gate connected to the second semiconductor layer via an insulating film;
The charge accumulating unit comprising a third semiconductor layer connected to the second semiconductor layer, the charge amount of which changes upon receiving light;
A fourth semiconductor layer adjacent to the second semiconductor layer and above the third semiconductor layer and connected to the pixel selection line;
The solid-state imaging device is arranged in a matrix as n rows and m columns (n and m are 1 or more) on the substrate,
The island-shaped semiconductor is a solid-state imaging device having a quadrangular prism shape.
前記p+型拡散層と、n型拡散層と、p型不純物添加領域とは、増幅用トランジスタとして機能し、
前記第1の半導体層のn+型拡散層と、p型不純物添加領域と、n型拡散層とゲートとは、リセットトランジスタとして機能し、
前記p型不純物添加領域と、n+型拡散層とは、ダイオードとして機能する請求項8の固体撮像装置。 The p + -type diffusion layer and the n-type diffusion layer function as a photoelectric conversion photodiode,
The p + -type diffusion layer, the n-type diffusion layer, and the p-type impurity added region function as an amplifying transistor,
The n + -type diffusion layer, the p-type impurity doped region, the n-type diffusion layer and the gate of the first semiconductor layer function as a reset transistor,
The solid-state imaging device according to claim 8, wherein the p-type impurity doped region and the n + -type diffusion layer function as a diode.
基板上に信号線を形成する工程と、
前記信号線上の島状半導体を形成する工程と、
前記島状半導体下部の前記信号線に接続された第1の半導体層を形成する工程と、
前記第1の半導体層の上側に隣接する第2の半導体層を形成する工程と、
前記第1の半導体層上に隣接する第2の半導体層に絶縁膜を介して接続されたゲートを形成する工程と、
前記第2の半導体層に接続された第3の半導体層を形成する工程と、
前記第2の半導体層と前記第3の半導体層の上側に隣接する第4の半導体層を形成する工程と、
前記第4の半導体層に接続する画素選択線を形成する工程と、
を含むことを特徴とする請求項1から9のいずれか1つに記載の固体撮像素子の製造方法。 A method of manufacturing a solid-state imaging device,
Forming a signal line on the substrate;
Forming an island semiconductor on the signal line;
Forming a first semiconductor layer connected to the signal line under the island-shaped semiconductor;
Forming a second semiconductor layer adjacent to the upper side of the first semiconductor layer;
Forming a gate connected to an adjacent second semiconductor layer on the first semiconductor layer via an insulating film;
Forming a third semiconductor layer connected to the second semiconductor layer;
Forming a fourth semiconductor layer adjacent to an upper side of the second semiconductor layer and the third semiconductor layer;
Forming a pixel selection line connected to the fourth semiconductor layer;
The manufacturing method of the solid-state image sensor as described in any one of Claim 1 to 9 characterized by the above-mentioned.
酸化膜上に、p型シリコンを形成し、p型シリコン上に、窒化膜を堆積し、シリコン酸化膜堆積し、
レジストを形成し、酸化膜エッチングを行い、窒化膜エッチングを行い、レジストを剥離し、信号線を形成するための酸化膜マスクと窒化膜マスクを形成し、
p型シリコンをエッチングし、信号線を形成する工程と、
島状半導体を形成するためのレジストを形成し、
酸化膜、窒化膜をエッチングし、
レジストを剥離し、
p型シリコンをエッチングし、島状半導体を形成する工程と、
酸化膜を堆積し、平坦化し、エッチバックを行い、
酸化を行い酸化膜を形成し、
イオン注入時のマスクとするため、ポリシリコンを堆積し、エッチバックし、サイドウォール状に残す工程と、
酸化膜を剥離しリンを注入する場所を露出し、
イオン注入時のイオンチャネリング防止のため酸化膜を形成し、
リンをイオン注入し、熱工程を行い、信号線とn+型拡散層を形成する工程と、
ポリシリコン、酸化膜を剥離し、
酸化膜を堆積し、平坦化し、エッチバックし、酸化膜層を形成し、
ゲート酸化を行いゲート酸化膜を形成し、ポリシリコンを堆積し、平坦化を行い、エッチバックを行い、
ゲートのためのレジストを形成し、
ポリシリコンをエッチングし、ゲートを形成する工程と、
レジストを剥離し、
シリコン柱の側壁の薄い酸化膜を剥離し、イオン注入時のイオンチャネリング防止のため、シリコン柱側壁とゲートのポリシリコンを酸化し、酸化膜を形成し、
リンを注入し、n型拡散層を形成する工程と、
窒化膜を剥離し、
酸化膜を堆積し、平坦化し、エッチバックし、酸化膜層を形成し、
イオン注入時のイオンチャネリング防止のため酸化し、酸化膜を形成し、
ボロンを注入し、熱工程を行い、p+型拡散層を形成する工程と、
酸化膜を剥離し、
金属を堆積し、平坦化し、エッチバックし、
画素選択線のためのレジストを形成し、
金属をエッチングし、画素選択線を形成する工程と、
をさらに含むことを特徴とする請求項10に記載の固体撮像素子の製造方法。 A method of manufacturing a solid-state imaging device,
P-type silicon is formed on the oxide film, a nitride film is deposited on the p-type silicon, a silicon oxide film is deposited,
Forming a resist, performing oxide film etching, performing nitride film etching, stripping the resist, forming an oxide film mask and a nitride film mask for forming a signal line;
etching p-type silicon to form a signal line;
Forming a resist to form an island-shaped semiconductor;
Etch oxide film, nitride film,
Strip the resist,
etching p-type silicon to form an island-shaped semiconductor;
Deposit oxide film, planarize, etch back,
Oxidize to form an oxide film,
In order to make a mask at the time of ion implantation, a process of depositing polysilicon, etching back, and leaving it in a sidewall shape;
Exfoliate the oxide film and expose the area where phosphorus is implanted,
An oxide film is formed to prevent ion channeling during ion implantation.
Implanting phosphorus, performing a thermal process, and forming a signal line and an n + -type diffusion layer;
Strip polysilicon and oxide film,
Deposit oxide, planarize, etch back, form oxide layer,
Perform gate oxidation to form a gate oxide film, deposit polysilicon, planarize, etch back,
Forming a resist for the gate,
Etching polysilicon to form a gate;
Strip the resist,
The thin oxide film on the side wall of the silicon pillar is peeled off, and in order to prevent ion channeling during ion implantation, the silicon pillar side wall and gate polysilicon are oxidized to form an oxide film.
Injecting phosphorus to form an n-type diffusion layer;
Strip the nitride film,
Deposit oxide, planarize, etch back, form oxide layer,
Oxidize to prevent ion channeling during ion implantation, form an oxide film,
Injecting boron and performing a thermal process to form a p + -type diffusion layer;
Strip the oxide film,
Deposit metal, planarize, etch back,
Forming a resist for the pixel selection line;
Etching the metal to form pixel selection lines;
The method for manufacturing a solid-state imaging device according to claim 10, further comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013019798A JP2013138222A (en) | 2007-09-12 | 2013-02-04 | Solid-state imaging device |
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JP2008532522A Division JP5350795B2 (en) | 2007-09-12 | 2008-03-21 | Solid-state image sensor |
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EP3965411A1 (en) * | 2020-09-03 | 2022-03-09 | Jena Optronik GmbH | Detector, optoelectronic imaging system and spacecraft for imaging |
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- 2013-02-04 JP JP2013019798A patent/JP2013138222A/en not_active Withdrawn
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EP3965411A1 (en) * | 2020-09-03 | 2022-03-09 | Jena Optronik GmbH | Detector, optoelectronic imaging system and spacecraft for imaging |
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